基于流固耦合的骨架膜結(jié)構(gòu)優(yōu)化

李延民，黃 瑞，趙樹(shù)森，王景玉

(鄭州大學(xué) 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院，鄭州 450001)

骨架膜結(jié)構(gòu)是一種新型圍護(hù)結(jié)構(gòu)，預(yù)緊后的膜材與金屬骨架整體構(gòu)成一個(gè)高次超靜定空間結(jié)構(gòu)，依靠膜材與骨架整體形成的結(jié)構(gòu)剛度來(lái)承受外部荷載，在力學(xué)上屬于空間梁膜混合結(jié)構(gòu)，具有典型的非線性特征.對(duì)比傳統(tǒng)圍護(hù)結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、自重低、造型多樣、抗震性能優(yōu)良的特點(diǎn)，其制造規(guī)格統(tǒng)一，多為工廠化生產(chǎn)后現(xiàn)場(chǎng)拼裝，便于快速搭建一個(gè)大跨度無(wú)支撐結(jié)構(gòu)，能提供更大的有效空間[1].廣泛應(yīng)用于工業(yè)、建筑、國(guó)防等領(lǐng)域中作為設(shè)備、儀器、建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)[2].

骨架膜結(jié)構(gòu)在服役生命周期中暴露于自然環(huán)境下，受多種環(huán)境荷載的影響，其中最為嚴(yán)重且最不規(guī)律的是風(fēng)荷載[3].因此，有必要對(duì)此類圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行風(fēng)場(chǎng)分析，目前，該類結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)多按照相應(yīng)規(guī)范取單一風(fēng)向角(0°風(fēng)向角)下的風(fēng)壓分布進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算，不能反映出實(shí)際的最惡劣工況.

劉奕等[4]采用風(fēng)洞測(cè)壓試驗(yàn)對(duì)不同地貌下不同深寬比的矩形高層建筑進(jìn)行了風(fēng)荷載及其周身繞流特性的研究，得到了矩形高層建筑表面的一些風(fēng)壓分布規(guī)律；李志國(guó)等[5]基于風(fēng)洞試驗(yàn)對(duì)某機(jī)場(chǎng)航站樓的大跨度曲面屋蓋的脈動(dòng)風(fēng)荷載分布進(jìn)行了研究，得出屋蓋迎風(fēng)前緣及部分曲面弧度變化大的位置處風(fēng)荷載在不同風(fēng)向角下呈現(xiàn)非高斯特性.但由于風(fēng)洞試驗(yàn)費(fèi)用高、周期長(zhǎng)，較少對(duì)膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行全尺寸的風(fēng)洞試驗(yàn)，而縮尺模型由于雷諾系數(shù)的不同，其風(fēng)場(chǎng)往往與實(shí)際風(fēng)場(chǎng)有差別.Amaya-Gallardo、Amini、方智遠(yuǎn)等[6-8]采用數(shù)值模擬的方法，與實(shí)尺模型場(chǎng)地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比，證明數(shù)值模擬方法得到的建筑物表面平均風(fēng)壓能較好地與場(chǎng)地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合.

現(xiàn)階段，國(guó)內(nèi)外雖存在一些學(xué)者對(duì)低矮類建筑結(jié)構(gòu)或膜結(jié)構(gòu)的風(fēng)場(chǎng)特性進(jìn)行研究，但多將建筑結(jié)構(gòu)本身視為剛性體，忽略了其本身在風(fēng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)變形對(duì)其表面風(fēng)壓分布的影響.流固耦合的相關(guān)概念雖然提出得很早，但是其對(duì)計(jì)算機(jī)的性能要求很高，限于早期計(jì)算機(jī)的性能，基于雙向流固耦合的風(fēng)場(chǎng)特性研究鮮有報(bào)道.目前，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，采用弱流固耦合計(jì)算的門(mén)檻已經(jīng)降低.本文基于ANSYS，考慮了膜結(jié)構(gòu)在風(fēng)荷載作用下的結(jié)構(gòu)變形對(duì)建筑表面風(fēng)壓分布的影響，采用雙向流固弱耦合，對(duì)低矮類膜建筑的風(fēng)場(chǎng)特性與骨架膜結(jié)構(gòu)風(fēng)致結(jié)構(gòu)受力進(jìn)行了分析研究.同時(shí)，骨架膜結(jié)構(gòu)的優(yōu)化一般通過(guò)優(yōu)化桿件的截面尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)輕量化設(shè)計(jì)，但未考慮其設(shè)計(jì)荷載與實(shí)際荷載之間的差異.本文基于流固耦合所得到的多個(gè)風(fēng)向角下建筑表面的風(fēng)壓分布數(shù)據(jù)，對(duì)該建筑的立面骨架膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行了輕量?jī)?yōu)化，相比減重14.73%，有效節(jié)約了原材料.

1 雙向流固耦合分析流程

針對(duì)此類對(duì)風(fēng)荷載較為敏感的結(jié)構(gòu)，采用雙向流固耦合分析與實(shí)際工況更為接近，與單向耦合分析不同的是，在需要耦合的流場(chǎng)計(jì)算表面區(qū)域創(chuàng)建動(dòng)網(wǎng)格.將CFD求解器解出的耦合面風(fēng)壓分布與FEM求解器解出的結(jié)構(gòu)位移量，通過(guò)System Coupling模塊在每個(gè)時(shí)間步間互相交換作為各自輸入變量再進(jìn)行下一個(gè)時(shí)間步的求解，依次循環(huán)，實(shí)現(xiàn)雙向流固耦合，這樣大大減少了將流場(chǎng)N-S方程與動(dòng)力學(xué)方程聯(lián)合求解的巨大工作量且保證了求解的準(zhǔn)確性，其求解流程如圖1所示.

圖1 雙向流固耦合分析的一般流程

2 風(fēng)場(chǎng)分析

2.1 分析模型建立

該骨架膜圍護(hù)結(jié)構(gòu)安裝示意圖如圖2所示(單位：mm).該結(jié)構(gòu)總長(zhǎng)80 m、寬30 m、高12 m，屋蓋坡度為15°；屋面設(shè)有4面整體框架均布平面骨架膜結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)35 m、寬10 m，立墻上設(shè)有16面框架均布骨架膜結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)10 m、寬6 m.為了便于模塊化制造與包裝運(yùn)輸，將骨架膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為均勻大小，其中屋面骨架膜模塊尺寸為3 m×2 m、立面骨架膜模塊尺寸為2 m×1.5 m.

圖2 骨架膜結(jié)構(gòu)安裝示意圖

相關(guān)調(diào)查研究表明，低矮類建筑在強(qiáng)風(fēng)下，屋面與一些圍護(hù)結(jié)構(gòu)處會(huì)產(chǎn)生局部低氣壓，在內(nèi)外壓強(qiáng)差的作用下導(dǎo)致建筑物的圍護(hù)結(jié)構(gòu)受損[9-10].因此有必要對(duì)不同迎風(fēng)角下建筑表面的風(fēng)壓分布進(jìn)行研究，確定最危險(xiǎn)的迎風(fēng)角度.

2.2 計(jì)算域與網(wǎng)格模型

由于實(shí)際湍流場(chǎng)的參數(shù)分布規(guī)律難以獲得，本文使用充分發(fā)展的流場(chǎng)去模擬真實(shí)入口邊界條件，為了保證流場(chǎng)的充分發(fā)展，需要確定一個(gè)足夠大的流場(chǎng)區(qū)域，在風(fēng)向角為0°(與YOZ平面夾角)的情況下，流場(chǎng)計(jì)算區(qū)域大小為600 m×448 m×240 m，流場(chǎng)入口距離建筑180 m，出口距離建筑后邊緣390 m[11].圖3為流場(chǎng)網(wǎng)格模型.采用分區(qū)組合的方式離散流場(chǎng)，遠(yuǎn)離建筑的外區(qū)域采用六面體結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格.考慮到湍流區(qū)域空氣流向變化劇烈，在內(nèi)區(qū)域采用非結(jié)構(gòu)化的四面體網(wǎng)格，并在建筑周圍進(jìn)行局部加密.整個(gè)計(jì)算流場(chǎng)網(wǎng)格模型共1 300 257個(gè)節(jié)點(diǎn)、2 891 472個(gè)單元.

圖3 流場(chǎng)網(wǎng)格模型

2.3 流場(chǎng)邊界條件

在Fluent中將湍流模型設(shè)定為k-εRNG模型，將入口的均勻流與實(shí)際湍流場(chǎng)建立聯(lián)系.根據(jù)統(tǒng)計(jì)，上海市50年重現(xiàn)期基本風(fēng)速為31 m/s，因此入口風(fēng)速設(shè)置為31 m/s，出風(fēng)口壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓[12].近壁面處理方式為Standard Wall Functions；材料假定為不可壓縮粘性空氣，質(zhì)量密度取1.225 kg/m3，粘度為1.789 4×10-5kg/m·s.

對(duì)于一個(gè)充分發(fā)展的流場(chǎng)模型，其湍流特性可以采用湍流強(qiáng)度I與湍流尺度l描述，湍流強(qiáng)度主要靠雷諾數(shù)Re估算，而湍流尺度與流場(chǎng)中對(duì)流動(dòng)影響最大的因素有關(guān)，此處為建筑來(lái)流方向特征尺度，表達(dá)式為

(1)

I=0.16(Re)-1/8

(2)

l=0.07L

(3)

式中：ρ為流體密度；μ為流體動(dòng)力粘度；u為流速；L為建筑來(lái)流方向特征尺度.將式(1)、(2)聯(lián)立得到湍流強(qiáng)度I=1.69%，由式(3)得到湍流尺度l=2.1 m.

3 風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果與驗(yàn)證

3.1 風(fēng)場(chǎng)數(shù)值模擬結(jié)果

通過(guò)仿真得到的0°風(fēng)向角下的風(fēng)場(chǎng)壓力分布如圖4～6所示.圖4為距建筑側(cè)墻5 m處剖面的風(fēng)速矢量圖，可見(jiàn)由于氣流流向存在截面大小的劇烈變化，在迎風(fēng)面方向屋檐與屋脊位置出現(xiàn)了明顯的氣流分離現(xiàn)象，導(dǎo)致局部產(chǎn)生了高負(fù)壓，而背風(fēng)面由于建筑阻擋形成負(fù)壓，引起周圍空氣的回流，形成渦流致使背風(fēng)面呈現(xiàn)局部正風(fēng)壓.由圖5可見(jiàn)，計(jì)算區(qū)域囊括了整個(gè)受建筑物阻礙所形成的湍流區(qū)域，說(shuō)明流場(chǎng)的大小滿足計(jì)算需求.由圖6可見(jiàn)，整個(gè)建筑迎風(fēng)面受到來(lái)流撞擊產(chǎn)生正壓作用，其余區(qū)域均為風(fēng)負(fù)壓作用.

圖4 風(fēng)速矢量圖

圖5 中軸線截面風(fēng)壓分布

圖6 建筑表面風(fēng)壓分布圖

為了方便對(duì)比，將仿真得到的風(fēng)壓分布數(shù)據(jù)以不受建筑物影響的遠(yuǎn)高處風(fēng)壓作為參考值進(jìn)行無(wú)量綱化，得到平均風(fēng)壓系數(shù)表達(dá)式為

(4)

式中：Q為建筑表面任意位置的風(fēng)壓；QH為遠(yuǎn)高處的靜壓；VH為平均風(fēng)速.

圖7為建筑物屋面風(fēng)壓系數(shù)分布等高線圖.

圖7 風(fēng)壓系數(shù)分布等高線圖

3.2 結(jié)果驗(yàn)證

為了驗(yàn)證仿真得到的風(fēng)壓數(shù)據(jù)是否有效，選取同類型低矮建筑模型TTU(美國(guó)德州理工大學(xué))實(shí)尺模型場(chǎng)地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)[13](見(jiàn)圖8，單位：mm)、同濟(jì)大學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)[14]和建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范(GB 50009-2012)中給出的低矮雙坡屋面建筑(坡度為15°)的風(fēng)壓分布體系系數(shù)參考值，與建筑物模型中軸線上分布的測(cè)點(diǎn)處測(cè)得的風(fēng)壓系數(shù)相比較，得到的對(duì)比曲線如圖9所示，測(cè)點(diǎn)位置排序按圖中A→B→C→D→E的方向散布.

圖8 TTU模型及測(cè)點(diǎn)布置圖

圖9 建筑物中軸線分布測(cè)點(diǎn)風(fēng)壓系數(shù)對(duì)比

由對(duì)比結(jié)果可知，數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)具有相似的趨勢(shì)，與國(guó)標(biāo)參考值吻合度較高，由于本文的建筑模型與TTU、同濟(jì)大學(xué)所采用的模型在尺寸和屋面坡度不同，故在迎風(fēng)面、屋檐、屋脊處的風(fēng)壓系數(shù)分布有一定的不同，總體而言，所得風(fēng)壓數(shù)據(jù)合理準(zhǔn)確，能夠滿足工程應(yīng)用的需要.

類似的，改變風(fēng)向角為45°、90°并設(shè)置對(duì)應(yīng)的計(jì)算域大小和湍流參數(shù)，其余邊界條件保持不變，得到了45°與90°風(fēng)向角下該建筑的表面風(fēng)壓分布，如圖10所示.

圖10 45°、90°風(fēng)向角下建筑物表面風(fēng)壓分布圖

4 骨架膜結(jié)構(gòu)風(fēng)致結(jié)構(gòu)受力分析

4.1 骨架膜結(jié)構(gòu)幾何模型

本文以立面骨架膜結(jié)構(gòu)為例，介紹該結(jié)構(gòu)的流固耦合仿真與優(yōu)化過(guò)程.骨架膜結(jié)構(gòu)整體由膜材、上弦桿、腹桿、下弦桿、節(jié)點(diǎn)支撐桿與連接節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，整體受力分析時(shí)將該膜材簡(jiǎn)化為shell181膜單元，上弦桿件簡(jiǎn)化為beam188梁?jiǎn)卧箺U、下弦桿與節(jié)點(diǎn)支撐桿簡(jiǎn)化為只受拉壓的二力桿link180單元，為方便敘述，文中使用“二力桿”代指這些桿件[15].簡(jiǎn)化后的模型如圖11所示.

圖11 骨架膜結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型

上弦桿是型號(hào)為8/5的角鋼，厚5 mm，腹桿與下弦桿采用截面為φ50×10 mm的鋼管，節(jié)點(diǎn)支撐桿是截面為φ60×10 mm的鋼管，金屬骨架的材質(zhì)均為Q235，膜材厚度為0.8 mm，材質(zhì)是型號(hào)為G7的PTFE膜材.

4.2 邊界條件

在Mechanical模塊中將膜面單元使用APDL命令施加6 kN/m的預(yù)張力，打開(kāi)大撓曲開(kāi)關(guān)，施加重力荷載，將膜面設(shè)置為流固耦合面，將膜結(jié)構(gòu)的固定約束按照實(shí)際情況在上弦邊桿施加固定約束，在下弦支撐節(jié)點(diǎn)處施加不動(dòng)鉸支座.離散后的屋蓋骨架膜結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)總數(shù)為45 270，單元總數(shù)為41 674；立面骨架膜結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)總數(shù)為28 661，單元總數(shù)為27 005.

4.3 仿真結(jié)果

在0°、45°、90°風(fēng)向角下對(duì)立面骨架膜結(jié)構(gòu)進(jìn)行流固耦合仿真.圖12為骨架膜結(jié)構(gòu)在不同風(fēng)向角下的變形圖.表1為立面骨架膜仿真結(jié)果.

表1 立面骨架膜仿真結(jié)果

圖12 立面骨架膜結(jié)構(gòu)在不同風(fēng)向角下的變形圖

4.4 結(jié)果分析

由仿真結(jié)果可知，立面骨架膜結(jié)構(gòu)在0°與45°風(fēng)向角下承受的風(fēng)荷載為正風(fēng)壓，而在90°風(fēng)向角下承受的為負(fù)風(fēng)壓；在90°風(fēng)向角下膜面變形的應(yīng)力、骨架最大撓曲、受拉的二力桿最大軸力與桿件所受最大拉應(yīng)力均比0°與45°風(fēng)向角工況下大，但受壓的二力桿軸力與桿件所受最大壓應(yīng)力卻產(chǎn)生于0°風(fēng)向角下.其中，骨架最大撓曲位置為正中間的下弦桿中心，最大拉桿與最大壓桿均為兩側(cè)中間位置鉸支座處的四根斜腹桿，桿件所受的最大組合拉壓應(yīng)力分別處于與該斜腹桿相連的上弦桿的上下翼緣處.膜面的最大應(yīng)力差別不大，均遠(yuǎn)低于膜材的極限抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值160 MPa.

在不同風(fēng)向角下，風(fēng)場(chǎng)的小范圍高負(fù)壓區(qū)域可能導(dǎo)致骨架膜圍護(hù)結(jié)構(gòu)局部產(chǎn)生較大的變形撓曲、軸力和應(yīng)力.從骨架膜結(jié)構(gòu)在不同風(fēng)向下結(jié)構(gòu)受力情況來(lái)看，最大受力桿件為與支座鉸接的斜腹桿，其次是下弦桿，而骨架中間部位的腹桿總體受力較小，因此，可以考慮對(duì)這三種桿件使用不同截面尺寸的鋼管制造以輕量化整個(gè)結(jié)構(gòu).

5 骨架膜結(jié)構(gòu)優(yōu)化

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，常采用響應(yīng)面法對(duì)結(jié)構(gòu)的相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)對(duì)大量樣本點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算，擬合出設(shè)計(jì)變量與目標(biāo)變量之間的響應(yīng)函數(shù)，并在給定的約束條件下挑選出最符合目標(biāo)函數(shù)的候選點(diǎn)，將候選點(diǎn)圓整成制造值得到最終優(yōu)化參數(shù).一般優(yōu)化流程如圖13所示.

圖13 響應(yīng)面法的一般流程

根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范對(duì)骨架膜結(jié)構(gòu)取不同承載力極限狀態(tài)組合進(jìn)行對(duì)比，其中風(fēng)荷載采用仿真得到的不同風(fēng)向角下骨架膜結(jié)構(gòu)表面壓力分布數(shù)據(jù)，其余荷載按規(guī)范取值.根據(jù)對(duì)比可知，對(duì)結(jié)構(gòu)整體承載最不利的荷載工況為：1.2D(恒載)-1.4W(90°風(fēng)向角下負(fù)壓風(fēng)載)+1.0F(膜面預(yù)應(yīng)力)-0.7T(降溫)的組合.

以該極限工況組合作為施加荷載，使用ANSYS Workbench中的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊對(duì)該骨架膜結(jié)構(gòu)的金屬骨架進(jìn)行截面尺寸優(yōu)化，輸入?yún)?shù)為桿件的截面尺寸，其值取常用的角鋼、圓鋼管截面尺寸，輸出參數(shù)為結(jié)構(gòu)的總質(zhì)量，約束條件為金屬骨架最大撓曲、二力桿的長(zhǎng)細(xì)比、壓桿穩(wěn)定性與桿件的強(qiáng)度，優(yōu)化數(shù)學(xué)模型為

(5)

式中：P1、P2、P3為上弦桿角鋼截面的長(zhǎng)、寬、厚；P5、P7、P9、P11為下弦桿、節(jié)點(diǎn)支撐桿、支座處斜腹桿、中間腹桿的外徑；P6、P8、P10、P12為對(duì)應(yīng)桿件的內(nèi)徑；P13為骨架整體最大撓曲；P14為二力桿中受壓桿最大軸力；P15、P16為桿件所受的最大壓應(yīng)力與拉應(yīng)力；優(yōu)化目標(biāo)是使得P21最小.

使用Optimal Space-Filling Design法生成樣本點(diǎn)，刪除桿件內(nèi)徑大于外徑的樣本點(diǎn)后共有151個(gè)樣本點(diǎn).計(jì)算每個(gè)樣本點(diǎn)并使用響應(yīng)面法對(duì)輸入、輸出參數(shù)進(jìn)行擬合，得到了3個(gè)候選點(diǎn)，取3個(gè)點(diǎn)設(shè)計(jì)參數(shù)的均值并圓整后作為最優(yōu)解，對(duì)所得的4個(gè)設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證，如圖14所示.可見(jiàn)以最優(yōu)解的驗(yàn)證點(diǎn)為基準(zhǔn)，其余7個(gè)點(diǎn)的誤差值均在10%以內(nèi)，證明擬合度較高.

圖14 擬合誤差對(duì)比圖

圖15為各設(shè)計(jì)變量對(duì)輸出變量的影響.從圖15中可以看出：1)上弦桿、下弦桿和中間腹桿的截面尺寸對(duì)金屬骨架剛度影響最大，且為正相關(guān)；2)上弦桿和支座處斜腹桿的截面尺寸對(duì)二力桿中受壓桿所受軸力影響最大且呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)趨勢(shì)，而下弦桿以及節(jié)點(diǎn)支撐桿的截面尺寸與二力桿所受軸力呈現(xiàn)正相關(guān)；3)加長(zhǎng)上弦桿角鋼的截面長(zhǎng)度能有效降低上弦桿所受壓應(yīng)力，加寬截面寬度則能有效降低其所受拉應(yīng)力；4)對(duì)結(jié)構(gòu)整體質(zhì)量影響最大的是弦桿角鋼的截面寬度和中間腹桿的內(nèi)徑.

圖15 設(shè)計(jì)變量對(duì)輸出變量的影響

立面骨架膜結(jié)構(gòu)的各桿件尺寸與總質(zhì)量如表2所示.經(jīng)優(yōu)化后結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為1 277.3 kg，降低了14.73%.

表2 骨架膜結(jié)構(gòu)優(yōu)化前后參數(shù)對(duì)比

6 結(jié) 論

本文通過(guò)分析得出以下結(jié)論：

1)基于ASNSY平臺(tái)采用雙向流固耦合方式對(duì)某項(xiàng)目中的骨架膜圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行不同風(fēng)向角下的定常風(fēng)場(chǎng)仿真，得到了結(jié)構(gòu)在不同風(fēng)向角下的表面風(fēng)壓分布.

2)將所得風(fēng)壓數(shù)據(jù)與TTU實(shí)尺模型場(chǎng)地實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)、同濟(jì)大學(xué)風(fēng)洞試驗(yàn)數(shù)據(jù)和建筑結(jié)構(gòu)載荷規(guī)范進(jìn)行比照，驗(yàn)證了數(shù)據(jù)的合理性與準(zhǔn)確性.

3)采用雙向流固耦合方式將所得風(fēng)壓耦合到骨架膜結(jié)構(gòu)上，分析不同風(fēng)向角下該建筑骨架膜結(jié)構(gòu)各組成部件所受荷載情況，以此為據(jù)，將主要受力桿件與受力較小桿件的截面尺寸分開(kāi)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化.

4)基于ANSYS的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊，以不同風(fēng)向角下的骨架膜結(jié)構(gòu)表面風(fēng)壓分布為基礎(chǔ)，選取對(duì)結(jié)構(gòu)最不利的極限荷載工況組合作為施加荷載，將金屬骨架整體最大撓曲、二力桿的長(zhǎng)細(xì)比、壓桿穩(wěn)定性與桿件的強(qiáng)度作為約束條件，以最小化結(jié)構(gòu)總質(zhì)量為優(yōu)化目標(biāo)，對(duì)各類桿件的截面尺寸進(jìn)行優(yōu)化.

5)本文基于流固耦合技術(shù)與響應(yīng)面優(yōu)化法，得到了該骨架膜結(jié)構(gòu)中各桿件的截面尺寸對(duì)結(jié)構(gòu)受力的影響關(guān)系，并將該結(jié)構(gòu)質(zhì)量降低了14.73%.